KR101208768B1 - A method for manufacturing ceramic coating layer for improving corrosion resistance of metal and a thing having a ceramic coating layer thereof - Google Patents

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Abstract

개시된 본 발명에 따른 금속의 부식 저항성 향상을 위한 세라믹 코팅층 제조방법은, a) 금속 기판을 준비하는 단계, b) 세라믹 분말을 일정 온도에서 열처리하는 단계, 및 c) 상기 금속 기판 표면에 상기 세라믹 분말을 에어로졸 증착법으로 증착하여 세라믹 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다. 여기서 금속기판은 마그네슘 또는 마그네슘 합금, 탄소강, 스테인리스 스틸 중 어느 하나가 선택되고, 세라믹 분말은 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 산화세륨(CeO2) 중 어느 하나가 선택된다. 본 발명에 의하면 상기 금속 표면에 상기 세라믹 분말을 에어로졸 증착법을 이용하여 증착하여 세라믹 코팅층을 형성함으로써 부식 저항성이 매우 우수해지는 효과가 있다.Ceramic coating layer manufacturing method for improving the corrosion resistance of the metal according to the present invention, a) preparing a metal substrate, b) heat-treating the ceramic powder at a constant temperature, and c) the ceramic powder on the surface of the metal substrate Depositing an aerosol deposition method to form a ceramic coating layer. The metal substrate is selected from magnesium or magnesium alloy, carbon steel, stainless steel, and the ceramic powder is selected from yttria stabilized zirconia (YSZ) and cerium oxide (CeO 2 ). According to the present invention, the ceramic powder is deposited on the metal surface by using an aerosol deposition method to form a ceramic coating layer, and thus, corrosion resistance is very excellent.

Description

금속의 부식 저항성 향상을 위한 세라믹 코팅층 제조방법 및 그에 의한 금속의 세라믹 코팅층이 구비된 물품{A method for manufacturing ceramic coating layer for improving corrosion resistance of metal and a thing having a ceramic coating layer thereof} A method for manufacturing ceramic coating layer for improving corrosion resistance of metal and a thing having a ceramic coating layer according to the present invention.

본 발명은 세라믹 코팅층의 제조방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 금속의 부식 저항성을 향상시키기 위해 에어로졸 증착법에 의해 금속 표면에 부식 저항성이 우수한 세라믹 코팅층을 형성시키는 금속의 부식 저항성 향상을 위한 세라믹 코팅층 제조방법 및 그에 의한 금속의 세라믹 코팅층이 구비된 물품에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic coating layer, and more particularly, to improve the corrosion resistance of a metal, a ceramic coating layer for improving corrosion resistance of a metal, which forms a ceramic coating layer having excellent corrosion resistance on a metal surface by an aerosol deposition method. It relates to a manufacturing method and an article provided with a ceramic coating layer of the metal thereby.

마그네슘이나 마그네슘 합금, 알루미늄이나 알루미늄 합금, 탄소강, 스테인리스 스틸은 현대 산업분야에서 가장 널리 사용되는 금속들이다. 한편, 이러한 금속들이 실제 제품 혹은 특수한 용도에 적용되기 위해서는 그 표면을 코팅 처리하여 부식 저항성을 높이는 것이 요구된다. 다양한 표면 처리 방법 중 이러한 금속 표면에 부식 저항성이 금속에 비해서 월등히 높은 세라믹 코팅은 재료의 부식 저항성 향상에 매우 효과적인 것으로 알려져 있다. 현재 널리 사용되는 세라믹 코팅기술은 박막 코팅을 위한 것으로서 반도체나 디스플레이 분야 등에 널리 쓰이는 CVD(chemical vapor deposition)나 PVD(physical vapor deposition), 기계 부품의 내마모, 내부식성 코팅을 위한 용사 공정들이 있다. 그런데, CVD나 PVD 등의 박막 코팅공정에 의한 코팅층은 두께가 수 마이크로미터 이상이면 균열이나 박리현상이 발생하여 부식 저항성을 위해 일정 두께 이상을 요구하는 것에는 적합지 않다. 한편, 내부식성 코팅을 위해 많이 사용되는 용사공정은 고속으로 수백 마이크로미터 이상의 두께를 코팅할 수 있으나, 코팅층의 기공, 균열 등의 결함이 있으며 두께 제어가 어렵고 표면이 매우 거칠다는 문제점이 있다. Magnesium or magnesium alloys, aluminum or aluminum alloys, carbon steel and stainless steel are the most widely used metals in the modern industry. On the other hand, in order to apply these metals to actual products or special applications, it is required to increase the corrosion resistance by coating the surface thereof. Among various surface treatment methods, ceramic coatings having a higher corrosion resistance on these metal surfaces than metals are known to be very effective in improving the corrosion resistance of materials. Ceramic coating technology currently used for thin film coating includes chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), abrasion resistance of mechanical parts, and thermal spray coating, which are widely used in semiconductor and display fields. However, the coating layer by a thin film coating process such as CVD or PVD is not suitable for requiring a certain thickness or more for corrosion resistance when cracking or peeling phenomenon occurs when the thickness is several micrometers or more. On the other hand, the spraying process used for many corrosion-resistant coatings can be coated at a thickness of more than a few hundred micrometers at high speed, but there are problems such as pores, cracks, etc. of the coating layer is difficult to control the thickness and the surface is very rough.

한편, 최근에 많이 연구되고 있는 세라믹 코팅 기술로서는 에어로졸 증착(aerosol deposition)법이 있다. 에어로졸 증착 공정은 고속코팅이 가능하고, 상온에서 치밀하고 균열이 없는 코팅층을 형성하고, 광범위한 두께의 코팅층을 형성할 수 있고, 코팅층의 조성 및 화학양론비의 제어가 용이하고, 다양한 기판을 사용할 수 있다는 장점으로 인해 빠른 속도로 다양한 분야에 이용되며 연구되고 있다. 특히, 상온에서 치밀한 세라믹 코팅이 이루어진다는 점에서 금속을 기판으로 하여 내부식성을 향상시키기 위한 연구에 대한 관심이 증가하고 있다. On the other hand, as a ceramic coating technique which has been studied a lot recently, there is an aerosol deposition method. The aerosol deposition process is capable of high-speed coating, can form a dense and crack-free coating layer at room temperature, form a coating layer of a wide range of thickness, easy to control the composition and stoichiometric ratio of the coating layer, can use a variety of substrates Due to its advantages, it is being used and researched in various fields at high speed. In particular, since a dense ceramic coating is performed at room temperature, interest in research for improving corrosion resistance using metal as a substrate is increasing.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로써, 금속 특히 마그네슘이나 마그네슘 합금, 탄소강, 스테인리스 스틸의 부식 저항성을 향상시키기 위해 에어로졸 증착법에 의해 금속 표면에 부식 저항성이 우수한 세라믹 코팅층을 형성하는 금속의 부식 저항성 향상을 위한 세라믹 코팅층 제조방법 및 이에 의한 금속의 세라믹 코팅층이 구비된 물품을 제공하는 데에 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above-mentioned, metal to form a ceramic coating layer excellent in corrosion resistance on the metal surface by aerosol deposition in order to improve the corrosion resistance of the metal, in particular magnesium, magnesium alloy, carbon steel, stainless steel It is an object of the present invention to provide a method for producing a ceramic coating layer for improving the corrosion resistance and thereby providing an article having a ceramic coating layer of metal.

본 발명에 따른 에어로졸 증착법을 이용한 금속의 세라믹 코팅층 제조방법은, a) 금속 기판을 준비하는 단계; b) 세라믹 분말을 일정 온도에서 열처리하는 단계; 및 c) 상기 금속 기판 표면에 상기 세라믹 분말을 에어로졸 증착법으로 증착하여 세라믹 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.Method for producing a ceramic coating layer of a metal using the aerosol deposition method according to the present invention, a) preparing a metal substrate; b) heat treating the ceramic powder at a constant temperature; And c) depositing the ceramic powder on the surface of the metal substrate by an aerosol deposition method to form a ceramic coating layer.

상기 세라믹 분말은 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 산화세륨(CeO2) 중 어느 하나인 것이 바람직하다.The ceramic powder is preferably any one of yttria stabilized zirconia (YSZ) and cerium oxide (CeO 2 ).

상기 금속기판은 마그네슘 또는 마그네슘 합금, 탄소강, 스테인리스 스틸 중 어느 하나인 것이 바람직하다.The metal substrate is preferably any one of magnesium or magnesium alloy, carbon steel, stainless steel.

상기 b)단계에서의 열처리는 500 내지 700℃ 범위 내에서 1 내지 5시간 동안 이루어지는 것이 바람직하다.Heat treatment in step b) is preferably made for 1 to 5 hours within the range of 500 to 700 ℃.

상기 c)단계에서의 에어로졸 증착은 1 내지 4㎜/s의 기판 이송 속도로 증착하는 것이 바람직하다.Aerosol deposition in step c) is preferably deposited at a substrate transfer rate of 1 to 4mm / s.

상기 c)단계에서의 에어로졸 증착은 2 내지 5회 이루어지는 것이 바람직하다.The aerosol deposition in step c) is preferably made 2 to 5 times.

상기 c)단계에서의 에어로졸 증착은 10 내지 30L/min의 유량으로 가스 공급이 이루어지는 것이 바람직하다.Aerosol deposition in step c) is preferably a gas supply at a flow rate of 10 to 30L / min.

한편, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 부식 저항성이 향상된 금속의 세라믹 코팅층을 제공한다.On the other hand, the present invention provides a ceramic coating layer of the metal with improved corrosion resistance produced by the manufacturing method.

또한, 본 발명은 금속 기판의 표면에 세라믹 분말을 에어로졸 증착법에 의해 형성된 금속의 세라믹 코팅층이 구비된 물품으로서, 상기 금속기판은 마그네슘 또는 마그네슘 합금, 탄소강, 스테인리스 스틸 중 어느 하나로부터 선택되며, 상기 세라믹 분말은 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 산화세륨(CeO2) 중 어느 하나로부터 선택되며, 상기 세라믹 코팅층은 상기 분말들 중 어느 하나의 분말만으로 에어로졸 증착법에 의해 증착되어 단일구조를 갖는다.In addition, the present invention is an article having a ceramic coating layer of a metal formed by aerosol deposition of ceramic powder on the surface of the metal substrate, the metal substrate is selected from any one of magnesium or magnesium alloy, carbon steel, stainless steel, the ceramic The powder is selected from yttria stabilized zirconia (YSZ) and cerium oxide (CeO 2 ), and the ceramic coating layer is deposited by the aerosol deposition method of any one of the powders to have a single structure.

본 발명에 의하면, 금속 기판 특히 산업분야에서 널리 사용되는 마그네슘 또는 마그네슘 합금, 탄소강, 스테인리스 스틸의 표면에 세라믹 분말을 에어로졸 증착법을 이용하여 증착하여 세라믹 코팅층을 형성함으로써 부식 저항성이 매우 우수해지는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면 세라믹 분말을 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)를 증착시켜 코팅층을 형성함으로써 부식 저항성 효과 이외에 상기 세라믹 분말들이 갖는 추가적인 기능을 얻을 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the ceramic powder is deposited on the surface of a metal substrate, in particular, magnesium or magnesium alloy, carbon steel, or stainless steel, which is widely used in industrial fields, to form a ceramic coating layer by aerosol deposition. . In addition, according to the present invention, by depositing yttria stabilized zirconia (YSZ) to form a coating layer, the ceramic powder has an effect of obtaining additional functions in addition to the corrosion resistance effect.

도 1은 에어로졸 증착을 위한 장치의 개략도,
도 2는 본 발명의 실시예 1과 실시예 2에 따른 코팅된 마그네슘 합금 기판의 결정상의 XRD 분석 그래프,
도 3은 실시예 1 및 실시예 2에 따른 마그네슘 합금 표면의 코팅층의 표면 및 단면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진,
도 4는 실시예 1 및 실시예 2의 동전위 실험 결과 그래프,
도 5는 본 발명의 실시예 3과 실시예 4에 따른 코팅된 마그네슘 합금 기판의 결정상의 XRD 분석 그래프,
도 6은 실시예 3 및 실시예 4의 표면 및 단면을 SEM으로 관찰한 사진,
도 7은 실시예 3과 실시예 4의 동전위 실험 결과 그래프,
도 8은 실시예 3 및 실시예 4의 Nyquist 그래프,
도 9는 실시예 3 및 실시예 4의 Bode 그래프,
도 10은 실시예 5에 따른 코팅된 마그네슘 합금 기판의 결정상의 XRD 분석 그래프,
도 11은 실시예 5에 따른 코팅된 마그네슘 합금의 표면 및 단면 SEM 사진,
도 12는 실시예 5의 동전위 실험 결과 그래프,
도 13은 실시예 6과 실시예 7에 따른 코팅된 알루미늄 합금의 결정상의 XRD 분석 그래프,
도 14는 실시예 6 및 실시예 7에 따른 코팅된 알루미늄 합금의 표면 및 단면 SEM 사진,
도 15는 실시예 6 및 실시예 7의 동전위 실험 결과 그래프,
도 16은 실시예 6 및 실시예 7의 Nyquist 그래프,
도 17은 실시예 8 및 실시예 9에 의한 코팅된 탄소강 기판의 결정상의 XRD 분석 그래프
도 18은 실시예 8 및 실시예 9의 동전위 실험 결과 그래프,
도 19는 실시예 8 및 실시예 9의 Nyquist 그래프.
도 20은 실시예 10에 의한 코팅된 스테인리스 스틸 기판의 결정상의 XRD 분석 그래프,
도 21은 실시예 10에 의한 코팅된 스테인리스 스틸 기판의 표면 SEM 사진,
도 22는 실시예 10의 동전위 실험 결과 그래프,
도 23은 실시예 10의 Nyquist 그래프이다.
1 is a schematic diagram of an apparatus for aerosol deposition,
2 is an XRD analysis graph of the crystal phase of the coated magnesium alloy substrate according to Example 1 and Example 2 of the present invention,
3 is a photograph of the surface and the cross-section of the coating layer of the magnesium alloy surface according to Example 1 and Example 2 with a scanning electron microscope (SEM),
4 is a graph of the coincidence experiment results of Example 1 and Example 2,
5 is an XRD analysis graph of the crystal phase of the coated magnesium alloy substrate according to Example 3 and Example 4 of the present invention,
6 is a SEM photograph of the surface and cross section of Example 3 and Example 4,
7 is a graph of the coincidence experiment results of Example 3 and Example 4,
8 is a Nyquist graph of Examples 3 and 4,
9 is a Bode graph of Example 3 and Example 4,
10 is an XRD analysis graph of the crystal phase of a coated magnesium alloy substrate according to Example 5;
11 is a surface and cross-sectional SEM photograph of the coated magnesium alloy according to Example 5,
12 is a graph of the coincidence experiment results of Example 5,
13 is an XRD analysis graph of crystal phases of coated aluminum alloys according to Examples 6 and 7,
14 is a surface and cross-sectional SEM photograph of the coated aluminum alloy according to Example 6 and Example 7,
15 is a graph of the coincidence experiment results of Example 6 and Example 7,
16 is a Nyquist graph of Examples 6 and 7,
17 is an XRD analysis graph of the crystal phase of a coated carbon steel substrate according to Examples 8 and 9
18 is a graph of the coincidence experiment results of Example 8 and Example 9,
19 is a Nyquist graph of Examples 8 and 9. FIG.
20 is an XRD analysis graph of the crystal phase of a coated stainless steel substrate according to Example 10,
21 is a SEM image of the surface of the coated stainless steel substrate according to Example 10,
22 is a graph of the coincidence experiment results of Example 10,
23 is a Nyquist graph of Example 10. FIG.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 금속의 부식 저항성 향상을 위한 세라믹 코팅층 제조방법 및 그에 의한 금속의 세라믹 코팅층이 구비된 물품에 대해 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features and other advantages of the present invention will become more apparent by describing the preferred embodiments of the present invention in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, a method of manufacturing a ceramic coating layer for improving corrosion resistance of a metal and an article having a ceramic coating layer of the metal according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 세라믹 코팅층 제조 방법은, a) 금속 기판을 준비하는 단계; b) 세라믹 분말을 일정 온도에서 열처리하는 단계; 및 c) 상기 금속기판 표면에 상기 세라믹 분말을 에어로졸 증착법으로 증착하여 세라믹 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a ceramic coating layer according to the present invention comprises the steps of: a) preparing a metal substrate; b) heat treating the ceramic powder at a constant temperature; And c) depositing the ceramic powder on the surface of the metal substrate by an aerosol deposition method to form a ceramic coating layer.

상기 금속 기판은 마그네슘 또는 마그네슘 합금, 탄소강, 스테인리스 스틸 중 어느 하나로부터 선택되는 것이 바람직하다. 금속 기판은 그 종류가 매우 많으며 본 발명에서는 특정의 금속 기판의 종류에 한정할 것은 아니나, 상기 마그네슘 또는 마그네슘 합금, 탄소강, 스테인리스 스틸은 금속 중 산업분야에서 매우 많은 용도 및 널리 사용되고 있고 부식 저항성의 필요성이 특히 요구되는 것이므로 본 발명의 코팅층을 형성하는 모재로서 사용된다.The metal substrate is preferably selected from any one of magnesium or magnesium alloy, carbon steel, stainless steel. There are many kinds of metal substrates, and the present invention is not limited to a specific metal substrate type. However, the magnesium or magnesium alloy, carbon steel, and stainless steel are very widely used and widely used in industrial fields among metals, and need for corrosion resistance. Since this is especially required, it is used as a base material for forming the coating layer of the present invention.

다음으로 b) 에어로졸 증착의 전처리로써 증착하고자 하는 세라믹 분말을 일정 온도에서 일정 시간으로 열처리를 한다. 열처리의 목적은 세라믹 분말 내에 함유된 수분을 제거하고 분말간의 결합을 약하게 시키기 위함이다. 세라믹 분말은 다양한 종류가 있지만 본 발명에 적용되는 세라믹 분말로써는 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 산화세륨(CeO2) 중 어느 하나로부터 선택된다. 상기 YSZ, CeO2는 부식 저항성을 향상시키는 것 이외에 재료 자체의 특성이 매우 좋고 경제성 및 여러 산업에 대한 다양한 응용성 등의 이점이 있기 때문에 부식 특성 이외에 추가적인 기능성을 부여할 수 있는 이점이 있다. B) As a pretreatment of aerosol deposition, the ceramic powder to be deposited is heat-treated at a predetermined temperature for a predetermined time. The purpose of the heat treatment is to remove moisture contained in the ceramic powder and to weaken the bond between the powders. There are various kinds of ceramic powders, but the ceramic powder applied to the present invention is selected from yttria stabilized zirconia (YSZ) and cerium oxide (CeO 2 ). In addition to improving corrosion resistance, the YSZ and CeO 2 have advantages in that the material itself has very good properties, economics, and various applications to various industries.

세라믹 분말의 종류에 따라 차이가 있을 수 있지만 일반적인 열처리 조건은 500 내지 700℃ 범위 내에서 1 내지 5시간 동안 열처리함으로써 본 발명에 따른 증착이 효과적으로 이루어질 수 있다. 500℃ 미만에서는 분말 내에 수분이 함유되어 있으며 700℃ 이상에서는 수분의 제거가 용이하지만 분말의 응집을 야기시킨다. 또한, 1 시간 미만의 처리 시간에서는 수분을 충분히 제거할 수 없으며, 5 시간 이상에서는 수분이 효과적으로 제거되지만 분말의 응집으로 인해 증착이 제대로 이루어지지 않는다. Although there may be differences depending on the type of ceramic powder, the general heat treatment conditions may be effectively performed by the heat treatment for 1 to 5 hours in the range of 500 to 700 ° C. Below 500 ° C., water is contained in the powder. Above 700 ° C., water is easily removed but causes agglomeration of the powder. In addition, in the treatment time of less than 1 hour, the moisture can not be sufficiently removed, the moisture is effectively removed at 5 hours or more, but the deposition is not performed properly due to the aggregation of the powder.

다음으로 c) 금속기판 표면에 상기 세라믹 분말을 에어로졸 증착법으로 세라믹 코팅층을 형성하는 단계를 살펴본다.Next, c) looks at the step of forming a ceramic coating layer on the surface of the metal substrate by aerosol deposition of the ceramic powder.

도 1은 에어로졸 증착(aerosol deposition)을 위한 장치의 개략도를 나타낸 것이다. 캐리어 가스(carrier gas, He)가 유량제어장치(MFC)를 통해 세라믹 분말이 담긴 에어로졸 챔버(Aerosol Chamber)로 유입되고 에어로졸 챔버 내에 부유하는 미세한 세라믹 분말들을 실어서 진공상태의 증착실(Deposition Chamber) 내에 있는 기판(Substrate)으로 노즐(Nozzzle)을 통하여 분사된다. 기판은 X-Y-Z 스테이지(stage) 또는 포지셔너(Positioner)에 장착되어 스테이지의 이동에 의해 X축과 Y축으로 움직이게 된다. 증착실 내에는 펌프(Mechanical Booster Pump)에 의해 진공도가 조절된다. 에어로졸 증착에 의해 코팅층을 형성하는 메카니즘에 대한 명쾌한 설명은 아직 이루어 지지 못하고 있으나, 지금까지 나타난 여러 가지 연구 결과들을 종합하여 보면, 에어로졸 증착에 의한 세라믹스 코팅은 분사된 입자가 기판에 충돌하고, 입자가 분쇄되면서 일부 조각들이 기판에 박히거나 기존의 증착된 분말과 강력한 결합을 하고 다음 입자가 그 뒤에 충돌하고, 충돌된 입자가 분쇄되어 강한 결합을 이루는 층을 형성하는 것을 반복하면서 코팅층을 형성하게 된다. 한편, 세라믹 분말을 증착하는 여기에서의 에어로졸은 수 ㎚ 이하의 직경을 갖는 극미세 입자들이 부유하고 있는 상태의 에어로졸과는 차이가 있으며, 직경 수십 마이크로미터까지의 입자들이 가스에 실려서 운반되는 상태를 나타낸다고 보는 것이 옳다. 1 shows a schematic of an apparatus for aerosol deposition. Carrier gas (He) is introduced into the aerosol chamber containing ceramic powder through the flow control device (MFC) and is deposited in a vacuum deposition chamber (Deposition Chamber) containing fine ceramic powders floating in the aerosol chamber It is sprayed through a nozzle to a substrate in the substrate. The substrate is mounted on the X-Y-Z stage or positioner to move in the X and Y axes by the movement of the stage. In the deposition chamber, the degree of vacuum is controlled by a mechanical booster pump. A clear explanation for the mechanism of forming the coating layer by aerosol deposition has not yet been made. However, in the light of various studies, the ceramic coating by aerosol deposition impinges on the substrate and the particles are sprayed onto the substrate. As it is crushed, some of the pieces are embedded in the substrate or make strong bonds with the existing deposited powder, the next particles collide behind them, and the collided particles are pulverized to form a strong bond layer, forming a coating layer. On the other hand, the aerosol in which the ceramic powder is deposited is different from the aerosol in which the ultrafine particles having a diameter of several nm or less are suspended, and particles up to several tens of micrometers in diameter are carried in a gas. It is right to see it.

에어로졸 증착 공정은 다른 박막/후막 공정에 대비해서 두께 불균일도가 큰 편이고, 특히 박막 공정에 대비해서 그렇다. 본 발명에 의해 금속 표면에 부식 저항성이 큰 코팅층을 형성하기 위해서는 다소 안정된 특성을 얻기 위해 어느 정도의 두께가 필요하다. 즉, 박막 두께가 얇을 경우에는 두께 불균일성이 크고, 표면의 요철까지 발생한다면 특성이 안 좋게 나올 가능성이 크다. 따라서, 원하는 코팅층의 두께 및 두께 불균일성을 해결하기 위해 기판 이송 속도와 코팅 횟수를 조절하여 코팅층을 형성하게 된다. 얇은 성막을 입히는 경우 기판의 이송 속도를 상대적으로 빨리하고, 두꺼운 성막을 입힐 경우에는 기판의 이송속도를 상대적으로 느리게 한다. 한편, 얇은 성막의 경우 코팅 횟수를 늘려 원하는 두께를 얻을 수 있다. 코팅층의 두께는 코팅 횟수에 따라 증가하게 된다. 하지만 어느 정도 두께 이상에서는 내부 스트레스 때문에 접착성이 떨어지게 되므로 이를 고려하여 코팅 횟수를 조절하게 된다. 코팅층의 두께 및 두께 불균일성의 경우 기판의 종류, 분사 분말의 종류에 따라 약간 달라지게 되나 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면 기판의 이송 속도(스테이지 이동 속도)는 1 내지 4㎜/s의 범위 내에서, 코팅 횟수는 2 ~ 5회 범위 내에서 하는 것이 좋다. 코팅층의 두께 균일성은 기판의 이송속도를 조절함으로써 제어 되는데 2~3 μm 이하의 얇은 성막을 증착 할 경우 두께 불균일성이 나타나므로 이를 제어하기 위해서 기판의 이송속도를 늘렸으며 두께가 두꺼운 성막의 경우 두께 불균일성이 어느 정도 해결되기 때문에 두꺼운 막을 성막 할 때는 기판의 이송속도를 줄였다. 코팅 횟수는 기판의 이송속도에 따라서 조절되며 이송속도가 높을 경우 기판의 균일성은 얻어 지지만 증착효율이 낮기 때문에 증착횟수를 늘리게 된다. 또한 기판의 이송속도가 낮아지게 되면 증착 효율이 증가하므로 코팅 횟수를 줄이게 된다. Aerosol deposition processes tend to have greater thickness unevenness compared to other thin film / thick film processes, especially for thin film processes. In order to form a coating layer having a high corrosion resistance on the metal surface according to the present invention, a certain thickness is required to obtain a somewhat stable characteristic. That is, when the thin film thickness is thin, the thickness nonuniformity is large, and if the surface irregularities are generated, the characteristics are likely to be poor. Therefore, in order to solve the thickness and thickness nonuniformity of the desired coating layer, the coating layer is formed by adjusting the substrate transfer speed and the number of coatings. In the case of applying a thin film, the conveyance speed of the substrate is relatively fast, and in the case of a thick film formation, the conveyance speed of the substrate is relatively slow. On the other hand, in the case of thin film formation, it is possible to obtain a desired thickness by increasing the number of coating. The thickness of the coating layer increases with the number of coatings. However, in some thickness or more, the adhesion decreases due to internal stress, so the number of coatings is adjusted in consideration of this. The thickness and thickness non-uniformity of the coating layer may vary slightly depending on the type of substrate and the type of spray powder, but according to a preferred embodiment of the present invention, the substrate feed rate (stage moving speed) is within a range of 1 to 4 mm / s. , The number of coating is preferably in the range of 2 to 5 times. The thickness uniformity of the coating layer is controlled by controlling the transfer speed of the substrate. In case of depositing thin film of 2 ~ 3 μm or less, thickness nonuniformity appears. This is solved to some extent, and the film feed rate was reduced when forming a thick film. The number of coatings is controlled according to the transfer speed of the substrate. If the transfer speed is high, the uniformity of the substrate is obtained, but the deposition frequency is increased because the deposition efficiency is low. In addition, when the substrate feed rate is lowered, the deposition efficiency is increased, thereby reducing the number of coatings.

한편, 본 발명은 이에 한정되지 않으나 상기 세라믹 분말들 즉, YSZ, CeO2 중 하나의 세라믹 분말만으로 에어로졸 증착에 의해 코팅층을 형성시키는 것이 바람직하다. 코팅층 혹은 금속 모재의 상이 2 가지 이상(기지 포함)일 경우 상과 상 사이에 갈바닉 셀이 형성되어 부식을 발생 시킬 수 있다. 따라서, 단일상이 매우 효과적일 수 있다. 일반적으로 세라믹 층의 경우 워낙 내식성이 우수하기 때문에 이종의 형태로 존재하더라도 부식이 잘 일어나지 않을 수 있다. 하지만 상대적으로 이종의 다른 화합물 형태의 상이 형성되면 부식 전위가 높은 화합물 혹은 상은 음극으로 낮은 화합물 혹은 상은 양극으로 작용되어 코팅층 내부 혹은 기지와의 전위차가 존재하며 결과적으로 기지금속의 부식을 가속화 시킬 수 있다.On the other hand, the present invention is not limited to this, but it is preferable to form a coating layer by aerosol deposition using only one of the ceramic powders, that is, YSZ, CeO 2 ceramic powder. If there are two or more phases (including base) of the coating layer or the metal base material, galvanic cells may be formed between the phases and cause corrosion. Thus, a single phase can be very effective. In general, since the ceramic layer has excellent corrosion resistance, corrosion may not occur well even in a heterogeneous form. However, when different heterogeneous phases are formed, compounds with high corrosion potentials or phases act as cathodes and compounds with low phases or cathodes act as anodes, which may cause potential differences between the coating layer and the base, which may accelerate corrosion of the base metal. .

한편, 에어로졸 증착에 있어서 다른 증착 조건은 특별히 한정될 것은 아니며, 노즐의 사이즈는 10~50㎜, 유량은 10~50L/min, 노즐에 의한 분말의 분사 속도는 200~400m/s 이면 족하다.On the other hand, other aerosol deposition conditions in the aerosol deposition is not particularly limited, the nozzle size is 10 to 50mm, the flow rate is 10 to 50L / min, the injection speed of the powder by the nozzle is 200 to 400m / s.

이하 본 발명의 실시예 및 실험예를 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter will be described in detail Examples and Experimental Examples of the present invention.

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< 실시예 3 - 마그네슘 합금 기판에 YSZ 증착 >Example 3 YSZ Deposition on Magnesium Alloy Substrates

마그네슘 합금 기판은 AZ31을 사용하였으며, 코팅 원료 분말로써 YSZ를 사용하였다. 그리고, 증착 조건으로는 노즐 사이즈가 25㎜, 기판 이송 속도로 4㎜/s, 유량을 30L/min으로 하여 에어로졸 증착법을 이용하여 코팅하였으며, 이와 같은 코팅을 4회 실시하였다.Magnesium alloy substrate was used AZ31, YSZ was used as the coating raw material powder. As the deposition conditions, the nozzle size was 25 mm, 4 mm / s at the substrate transfer speed, and the flow rate was 30 L / min, and the coating was carried out by the aerosol deposition method. Such coating was performed four times.

< 실시예 4 - 마그네슘합금 기판에 YSZ 증착 >Example 4 Deposition of YSZ on Magnesium Alloy Substrate

에어로졸 증착 조건으로는 기판 이송 속도로 1㎜/s로 하고 코팅 횟수를 3회 실시한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 조건으로 하여 코팅층을 형성하였다.The coating layer was formed under the same conditions as in Example 3 except that the aerosol deposition conditions were 1 mm / s at the substrate transfer speed and the coating was performed three times.

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< 실시예 8 - 탄소강 기판에 YSZ 증착 >Example 8 Deposition of YSZ on Carbon Steel Substrate

탄소강 기판은 20C를 사용하였으며, 코팅 원료 분말로써 YSZ를 사용하였다. 그리고, 증착 조건으로는 노즐 사이즈가 25㎜, 기판 이송 속도로 1㎜/s, 유량을 30L/min으로 하여 에어로졸 증착법을 이용하여 코팅하였으며, 이와 같은 코팅을 3회 실시하였다.20 C was used for the carbon steel substrate, and YSZ was used as the coating raw material powder. As the deposition conditions, the nozzle size was 25 mm, 1 mm / s at the substrate transfer speed, and the flow rate was 30 L / min, and the coating was carried out by the aerosol deposition method. Such coating was performed three times.

< 실시예 9 - 탄소강 기판에 YSZ 증착 >Example 9 Deposition of YSZ on Carbon Steel Substrate

탄소강 기판을 45C로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 8과 동일한 증착조건 및 코팅횟수로 코팅을 실시하였다. The coating was carried out under the same deposition conditions and coating times as in Example 8 except that the carbon steel substrate was used at 45C.

< 실시예 10 - 스테인리스 스틸 기판에 YSZ 증착 >Example 10 Deposition of YSZ on Stainless Steel Substrates

스테인리스 스틸 기판에 코팅 원료 분말로써 YSZ를 사용하였다. 그리고, 증착 조건으로는 노즐 사이즈가 25㎜, 기판 이송 속도로 4㎜/s, 유량을 30L/min으로 하여 에어로졸 증착법을 이용하여 코팅하였으며, 이와 같은 코팅을 4회 실시하였다.YSZ was used as coating raw material powder on the stainless steel substrate. As the deposition conditions, the nozzle size was 25 mm, 4 mm / s at the substrate transfer speed, and the flow rate was 30 L / min, and the coating was carried out by the aerosol deposition method. Such coating was performed four times.

< 실험예 1 - TiO2 코팅된 마그네슘 합금 >Experimental Example 1 TiO 2 Coated Magnesium Alloy

XRDXRD 패턴 분석, 표면 및 단면 분석 Pattern analysis, surface and cross section analysis

도 2는 실시예 1(AD-TiO2-2times)과 실시예 2(AD-TiO2-5times) 및 코팅처리되지 않은 실시예 1과 실시예 2에서 사용된 동일한 마그네슘 합금 기판(Uncoated AZ31)의 결정상을 X-선 회절분석(XRD:X-ray diffraction pattern)으로 분석한 그래프를 나타낸 것이다. 도 2에 나타난 바와 같이 코팅처리된 마그네슘 합금의 표면 코팅층은 rutile의 TiO2 상으로 구성되어 있으며, 코팅 횟수 증가에 따라서 TiO2 상은 뚜렷하게 나타났다.FIG. 2 shows the same magnesium alloy substrate (Uncoated AZ31) used in Example 1 (AD-TiO 2 -2times) and Example 2 (AD-TiO 2 -5times) and uncoated Example 1 and Example 2. FIG. The graph of the crystal phase analyzed by X-ray diffraction pattern (XRD) is shown. As shown in FIG. 2, the surface coating layer of the coated magnesium alloy is composed of a rutile TiO 2 phase, and the TiO 2 phase was clearly seen as the number of coatings increased.

도 3은 실시예 1(상부 도면) 및 실시예 2(하부 도면)에 의한 마그네슘 합금 표면의 코팅층의 표면(좌측) 및 단면(우측)을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진은 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이 형성된 코팅층은 비슷한 표면 형상을 나타냈으며 다소 불규칙한 형태를 보인다. 한편, 코팅층의 단면 관찰 결과 코팅 횟수에 따라서 2~8㎛의 두께를 나타내었으며 코팅층 내부는 균열이나 구멍이 없는 치밀한 구조를 이루고 있음을 알 수 있다. 코팅층의 치밀도는 산화 방지를 위한 대기 및 용액 중의 산소 또는 부식을 야기시키는 이온(Cl-)과의 접촉을 방지하므로, 결국 상기 실시예들에 의하면 부식 저항성을 향상시킬 수 있음을 의미한다.Fig. 3 shows photographs of the surface (left) and the cross section (right) of the coating layer of the magnesium alloy surface according to Example 1 (upper view) and Example 2 (lower view) with a scanning electron microscope (SEM). The coating layer formed as shown showed a similar surface shape and showed a somewhat irregular shape. On the other hand, the cross-sectional observation of the coating layer showed a thickness of 2 ~ 8㎛ according to the number of coatings and it can be seen that the inside of the coating layer has a dense structure without cracks or holes. The density of the coating layer prevents contact with the atmosphere for preventing oxidation and oxygen in the solution or with ions (Cl-) causing corrosion, which in turn means that the corrosion resistance can be improved according to the embodiments.

부식저항성 특성Corrosion Resistance Characteristics

코팅층 시료의 부식 저항성을 평가하기 위해서 3.5 wt % 소금물에서 다양한 전기화학적 부식 실험을 실시하였다. 3.5 wt % 농도의 소금물은 해수의 농도로서 매우 가혹한 부식 환경을 나타낸다. Various electrochemical corrosion experiments were conducted in 3.5 wt% brine to evaluate the corrosion resistance of coating samples. Brine at a concentration of 3.5 wt% represents a very harsh corrosive environment as a concentration of seawater.

도 4는 3.5 wt % 의 소금물에서 전압에 따른 전류의 변화를 보이는 동전위 실험 결과이다. 실시예 1(AD-TiO2 2times) 및 실시예 2(AD-TiO2 5times)의 두 시편 모두 코팅되지 않은 마그네슘 합금 모재(Uncoated AZ31)에 비해서 부식 전위가 증가 했으며 전류 밀도 또한 낮은 수치를 보였다. 계산된 분극 저항 값을 통해서 모재에 비해 향상된 부식 특성을 간접적으로 확인할 수 있었다. 동전위 실험결과와 관련된 분극 곡선 변수와 그 수치는 표 1에 나타내었다. 4 is a coincidence experiment showing the change of current with voltage in 3.5 wt% salt water. Both specimens of Example 1 (AD-TiO 2 2times) and Example 2 (AD-TiO 2 5times) showed higher corrosion potential and lower current density than uncoated magnesium alloy base material (Uncoated AZ31). The calculated polarization resistance values indirectly confirmed improved corrosion characteristics compared to the base metal. Table 1 shows the polarization curve parameters and their numerical values related to the above-mentioned results.

Figure 112010050767291-pat00001
Figure 112010050767291-pat00001

< 실험예 2 - YSZ 코팅된 마그네슘 합금 >Experimental Example 2-YSZ Coated Magnesium Alloy

XRDXRD 패턴 분석, 표면 및 단면 분석 Pattern analysis, surface and cross section analysis

도 5는 실시예 3과 실시예 4, YSZ 원료 분말 및 코팅처리되지 않은 실시예 3과 실시예 4에서 사용된 동일한 마그네슘 합금 기판(uncoated AZ31)의 X-선 회절분석(XRD:X-ray diffraction pattern) 그래프를 나타낸 것이다. 실시예 3 및 실시예 4의 코팅층은 원료분말과 동일한 cubic 구조의 ZrO2 상으로 형성되어 있다. FIG. 5 shows X-ray diffraction (XRD) of Example 3 and 4, YSZ raw powder and uncoated magnesium alloy substrate (uncoated AZ31) used in Examples 3 and 4 pattern) shows a graph. The coating layers of Examples 3 and 4 are formed of a ZrO 2 phase having the same cubic structure as the raw powder.

도 6은 실시예 3 및 실시예 4의 표면(상측) 및 단면(하측) SEM 사진을 나타낸 것이다. 코팅층 표면과 내부에 균열이나 구멍이 없는 치밀한 코팅층이 형성된 것을 알 수 있다. 코팅층 두께는 코팅 조건에 따라서 3~5㎛를 나타내었다. FIG. 6 shows SEM photographs of the surface (top) and cross section (bottom) of Examples 3 and 4. FIG. It can be seen that a dense coating layer without cracks or holes is formed on and inside the coating layer. The coating layer thickness was 3 ~ 5㎛ depending on the coating conditions.

부식저항성 특성Corrosion Resistance Characteristics

도 7은 실시예 3과 실시예 4에 따른 코팅된 마그네슘 합금 및 코팅되지 않은 마그네슘 합금(uncoated AZ31)의 동전위 실험을 통한 분극 곡선을 나타낸 것이다. 하기 표 2는 분극곡선과 관련된 변수들을 나타낸다. 실시예 3 및 실시예 4의 두 시편 모두 코팅되지 않은 마그네슘 합금 모재(Uncoated AZ31)에 비해서 부식 전위가 증가 했으며 전류 밀도 또한 낮은 수치를 보였다. 계산된 분극 저항 값을 통해서 모재에 비해 향상된 부식 특성을 간접적으로 확인할 수 있었다. 동전위 실험결과와 관련된 분극 곡선 변수와 그 수치는 표 2에 나타내었다.FIG. 7 shows polarization curves of the coated magnesium alloys and the uncoated magnesium alloys (uncoated AZ31) according to Example 3 and Example 4 through coincidence experiments. Table 2 below shows the variables associated with the polarization curve. Both specimens of Examples 3 and 4 showed higher corrosion potentials and lower current densities than uncoated magnesium alloy base materials (Uncoated AZ31). The calculated polarization resistance values indirectly confirmed improved corrosion characteristics compared to the base metal. Table 2 shows the polarization curve parameters and their values related to the above-mentioned results.

Figure 112010050767291-pat00002
Figure 112010050767291-pat00002

표 2에 나타난 실시예 4에서 얻어진 YSZ 코팅 시료의 data를 보면 코팅 시료의 분극 저항(Rp)은 코팅되지 않은 마그네슘 합금(AZ31)에 비해 약 10000배 정도 증가했으며 전류 밀도(Icorr)는 10000배 정도 감소했다. 또한 부식 전위(Ecorr)도 약 0.2 V 증가함을 알 수 있다. In the data of the YSZ coated sample obtained in Example 4 shown in Table 2, the polarization resistance (Rp) of the coated sample was increased by about 10,000 times compared to the uncoated magnesium alloy (AZ31) and the current density (Icorr) by about 10,000 times. Decreased. In addition, it can be seen that the corrosion potential (Ecorr) also increases about 0.2V.

모재/코팅층, 전해용액/코팅층, 코팅층의 부식 특성을 알아보기 위해서 임피던스 실험을 실시하였다. 모든 임피던스 실험은 3.5 wt% 소금물(NaCl) 수용액에서 이뤄졌으며, 안정한 open circuit voltage를 얻기 위해서 침지 30분 후에 실험이 실시되었다. 도 8은 AZ31 마그네슘 합금과 실시예 3 및 실시예 4에 따른 YSZ 코팅된 AZ31 마그네슘 합금 및 코팅되지 않은 마그네슘 합금(uncoated AZ31)의 Nyquist 그래프이다. x축은 실 저항(실제 임피던스)을 의미하며 y축은 가상 저항(가상 임피던스)을 의미한다. y축의 단위는 저항이지만 실 저항으로 측정되지 않는다. 그래프에서 나타나는 원의 반경을 통해서 코팅층의 부식 저항을 알 수 있으며 반경이 크면 클수록 부식 저항이 큰 것을 의미한다. 실시예 4의 Nyquist 그래프 내에 삽입된 그래프는 마그네슘 합금(AZ31) 모재의 Nyquist 그래프로서 실저항이 200 Ω㎠ 이하로 나타나는데 비해 실시예 3 및 실시예 4에 따른 코팅된 시편의 경우 1~20 MΩ㎠ 이상의 높은 실 저항을 나타낸다. 일반적으로 코팅층의 경우 코팅층의 조성, 표면의 불균일성, 결함의 존재, 결합의 크기, 파괴된 형태 등으로 인해 정전 용량이 이상적으로 측정될 수 없다. 즉, 시공간 내에서 주파수에 따라 저항과 정전 용량, 임피던스가 비 이상적으로 변하게 되며 정전 용량은 CPE(constant phase element)로 표현된다. 일반적으로 코팅층의 구조와 특성에 따라서 하나 혹은 그 이상의 시정수가 나타나게 되는데 단일 코팅층이고 코팅층 내부의 구조와 조성이 동일하고 내부 및 표면에 결함이 없을 경우, 즉 아주 치밀한 코팅층의 경우 하나의 시정수로 표현되며 저항과 정전 용량이 하나인 등가회로로 해석되지만, 대부분의 세라믹 코팅층은 내부의 미세 결함이 존재하고 이러한 결함은 주파수에 따라서 이온 전도성 통로가 된다. 또한, 부식 과정 동안에 모재 표면에 발생하는 반응 생성물과 코팅층 내부의 조성 변화에 의해서 코팅층의 구조는 변하게 되고 이러한 영향으로 하나 이상의 시정수가 존재하게 된다.Impedance tests were conducted to investigate the corrosion characteristics of the base material / coating layer, the electrolyte solution / coating layer, and the coating layer. All impedance experiments were performed in 3.5 wt% aqueous brine (NaCl) solution and 30 minutes after soaking to obtain stable open circuit voltage. 8 is a Nyquist graph of an A Z31 magnesium alloy and an YSZ coated AZ31 magnesium alloy and an uncoated magnesium alloy (uncoated AZ31) according to Examples 3 and 4. FIG. The x-axis represents the real resistance (actual impedance) and the y-axis represents the virtual resistance (virtual impedance). The unit of the y-axis is resistance, but not measured as real resistance. The radius of the circle in the graph shows the corrosion resistance of the coating layer, and the larger the radius, the higher the corrosion resistance. The graph inserted in the Nyquist graph of Example 4 is a Nyquist graph of the magnesium alloy (AZ31) base material, and the actual resistance is 200 Ωcm 2 or less, whereas the coated specimens according to Examples 3 and 4 were 1-20 MΩcm 2. High seal resistance is shown. In general, in the case of the coating layer, the capacitance cannot be ideally measured due to the composition of the coating layer, the nonuniformity of the surface, the presence of defects, the size of the bond, the broken shape, and the like. That is, the resistance, capacitance, and impedance change non-ideally according to frequency in space-time, and the capacitance is expressed as a constant phase element (CPE). In general, one or more time constants appear depending on the structure and characteristics of the coating layer, which is represented by one time constant in the case of a single coating layer, the same structure and composition as the inside of the coating layer, and no defects in the interior and surface, that is, in the case of very dense coating layers. Although it is interpreted as an equivalent circuit having one resistance and capacitance, most ceramic coating layers have internal micro defects, and these defects become ion conductive paths according to frequency. In addition, the structure of the coating layer is changed by the reaction product occurring on the surface of the base material and the composition inside the coating layer during the corrosion process, and thus, one or more time constants exist.

그러한 변화는 임피던스의 Bode 그래프에서 확인할 수 있으며 도 9는 실시예 3 및 실시예 4에 따른 YSZ 코팅된 마그네슘 합금 시료와 코팅되지 않은 마그네슘 합금 시료의 Bode 그래프이다. 주파수에 따른 위상의 변화를 보면 코팅 시편의 경우 중간 주파수와 고 주파수 영역에서 2개 이상의 시정수가 나타남을 알 수 있다. 정전 용량은 가상 임피던스가 최대를 보이는 주파수에서 계산되어 지는데 저항이 높을수록 낮은 정전 용량을 나타낸다. 높은 임피던스 값과 큰 각을 가지며 넓은 분포를 보이는 위상 변화는 코팅된 시료의 부식에 대한 높은 저항성을 의미한다. 주파수에 따른 |Z| 그래프에서 저주파수는 시료 임피던스는 부식 과정의 저항으로부터 발생되었고 코팅층의 부식 보호와 직접적으로 관련이 있고 코팅층의 분극 저항을 의미한다. YSZ 코팅 시료의 저 주파수 영역에서 임피던스는 코팅되지 않은 시료에 보다 10000 배에서 100000배 이상 높은 임피던스 값을 나타낸다. Such changes can be seen in the Bode graph of impedance and FIG. 9 is a Bode graph of YSZ coated magnesium alloy samples and uncoated magnesium alloy samples according to Examples 3 and 4. It can be seen from the phase change with frequency that two or more time constants appear in the intermediate and high frequency regions of the coated specimen. Capacitance is calculated at the frequency at which the virtual impedance is at its maximum. The higher the resistance, the lower the capacitance. Phase changes with high impedance values and large angles and wide distributions indicate high resistance to corrosion of the coated sample. | Z | according to frequency The low frequency in the graph indicates that the sample impedance is derived from the resistance of the corrosion process and is directly related to the corrosion protection of the coating layer and refers to the polarization resistance of the coating layer. In the low frequency region of the YSZ coated sample, the impedance shows an impedance value of 10000 to 100000 times higher than that of the uncoated sample.

< 실험예 3 - Al2O3 코팅된 마그네슘 합금 >Experimental Example 3 Al 2 O 3 Coated Magnesium Alloy

XRDXRD 패턴 분석, 표면 및 단면 분석 Pattern analysis, surface and cross section analysis

도 10은 실시예 5에 따른 코팅된 마그네슘 합금 및 실시예 5에서 사용된 코팅되지 않은 동일한 마그네슘 합금(Uncoated AZ31)의 X-선 회절분석(XRD:X-ray diffraction pattern) 그래프를 나타낸 것이다. 실시예 5의 코팅층은 α-Al2O3 상으로 형성되어 있으며 표면은 다소 거칠고 불균일하다. FIG. 10 shows an X-ray diffraction pattern (XRD) graph of the coated magnesium alloy according to Example 5 and the same uncoated magnesium alloy (Uncoated AZ31) used in Example 5. FIG. The coating layer of Example 5 is formed in the α-Al 2 O 3 phase and the surface is somewhat rough and nonuniform.

도 11은 실시예 5에 따른 코팅된 마그네슘 합금의 표면(좌측) 및 단면(우측) SEM 사진을 나타낸 것이다. 코팅층 두께는 약 3㎛를 나타내었다. FIG. 11 shows a SEM image of the surface (left) and cross section (right) of the coated magnesium alloy according to Example 5. FIG. The coating layer thickness was about 3 μm.

부식저항성 특성Corrosion Resistance Characteristics

도 12는 실시예 5에 따른 코팅된 마그네슘 합금 및 코팅되지 않은 마그네슘 합금(Uncoated AZ31)의 동전위 실험을 통한 분극 곡선을 나타낸 것이고, 하기 표 3은 분극곡선과 관련된 변수들을 나타낸다. FIG. 12 shows the polarization curves of the coated magnesium alloys and the uncoated magnesium alloys (Uncoated AZ31) according to Example 5 through a coincidence experiment, and Table 3 below shows the variables related to the polarization curves.

Figure 112010050767291-pat00003
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동전위 실험 결과를 보면 Al2O3가 코팅된 마그네슘 합금 시료는 코팅되지 않은 마그네슘 합금에 비해 낮은 부식 전류 밀도와 높은 부식 전위를 나타내며 부식 전위 이상의 전위 구간에서 부식이 잘 일어나지 않는 부동태 거동을 보인다. 또한 전 전위 구간에서 나타나는 낮은 전류 밀도는 Al2O3 코팅시료의 낮은 부식 속도를 의미하여 표 3에 따르면 코팅 시편의 분극 저항(Rp)은 코팅되지 않은 시편의 분극 저항보다 약 1000 배 이상 높게 나타났다. 이는 마그네슘 합금의 부식 저항성이 표면에 형성된 Al2O3 코팅층에 의해 크게 향상된 것을 뜻한다. According to the results of the coincidence experiment, the Al 2 O 3 coated magnesium alloy sample showed lower corrosion current density and higher corrosion potential than the uncoated magnesium alloy, and showed the passivation behavior that corrosion does not occur well in the potential range above the corrosion potential. In addition, the low current density in the entire potential range means a low corrosion rate of the Al 2 O 3 coated sample. According to Table 3, the polarization resistance (Rp) of the coated specimen was about 1000 times higher than that of the uncoated specimen. . This means that the corrosion resistance of the magnesium alloy is greatly improved by the Al 2 O 3 coating layer formed on the surface.

< 실험예 4 - YSZ 코팅된 알루미늄 합금 >Experimental Example 4-YSZ Coated Aluminum Alloy

XRDXRD 패턴 분석, 표면 및 단면 분석 Pattern analysis, surface and cross section analysis

도 13은 실시예 6과 실시예 7에 따른 YSZ 코팅된 알루미늄 합금 및 코팅되지 않은 실시예 6과 실시예 7에서 사용된 동일한 알루미늄 합금(uncoated AA1015, uncoated AA7075)의 X-선 회절분석(XRD:X-ray diffraction pattern) 그래프를 나타낸 것이다. 실시예 6 및 실시예 7의 코팅층은 cubic 결정 구조의 ZrO2 상으로 형성되어 있다. FIG. 13 shows X-ray diffraction analysis (XRD) of YSZ coated aluminum alloys according to Examples 6 and 7 and the same aluminum alloys (uncoated AA1015, uncoated AA7075) used in uncoated Examples 6 and 7. X-ray diffraction pattern) The coating layers of Example 6 and Example 7 are formed of a ZrO 2 phase of cubic crystal structure.

도 14에서 상부는 실시예 6에 따른 코팅된 알루미늄 합금의 표면(좌측) 및 단면(우측) SEM 사진을 나타낸 것이고, 하부는 실시예 7에 따른 코팅된 알루미늄 합금의 표면(좌측) 및 단면(우측) SEM 사진을 나타낸 것이다. 표면 사진에서 나타난 바와 같이 코팅층의 표면은 망상구조의 형태를 보이는 것을 알 수 있으며, 단면 사진에서 나타난 바와 같이 YSZ 코팅층은 알루미늄 합금의 종류에 상관없이 약 5㎛의 두께로 형성되었으며, 내부에 균열이나 구멍을 확인할 수 없는 치밀한 구조임을 알 수 있다. In FIG. 14, the upper part shows the surface (left) and the cross section (right) SEM photograph of the coated aluminum alloy according to Example 6, and the lower part is the surface (left) and the cross section (right) of the coated aluminum alloy according to Example 7. ) SEM pictures are shown. As shown in the surface picture, the surface of the coating layer shows the shape of the network structure. As shown in the cross-section picture, the YSZ coating layer was formed to have a thickness of about 5 μm regardless of the type of the aluminum alloy. It can be seen that it is a compact structure that can not identify the hole.

부식저항성 특성Corrosion Resistance Characteristics

도 15는 3.5 wt%의 NaCl 용액 내에 침지된 실시예 6 및 실시예 7에 따른 코팅된 알루미늄 합금의 동전위 실험 결과 얻어진 분극곡선을 나타낸 것이다.FIG. 15 shows the polarization curves obtained from the coincidence experiments of the coated aluminum alloys according to Examples 6 and 7 immersed in 3.5 wt% NaCl solution.

모든 코팅된 알루미늄 합금에 대해서 코팅되지 않은 시편보다 전류밀도가 크게 감소한 것을 보인다. 그러나 실시예 7에 따른 YSZ 코팅된 AA7075 알루미늄의 산화?환원 전위는 코팅 후 약 -0.94 V (vs. SCE)로 약 0.4 V 가 향상된데 비해 실시예 6에 따른 AA1015 알루미늄 합금의 부식 전위는 YSZ코팅을 통해서 개선되지 않았다. 그러나 수소 발생 반응으로부터 기인된 음극 반응의 거동을 보면 코팅 시편은 코팅되지 않은 시편에 비해 -2.0 V (vs. SCE)에서 약 10-3 ~ 10- 4 의 낮은 수치를 보인다. 이는 알루미늄 합금 표면의 수소 발생이 YSZ 코팅층에 의해서 크게 억제되는 것을 뜻하며, 수소 발생 반응의 감소는 알루미늄 합금의 내부로 침입된 수소의 영향에서 기인될 수 있는 파괴의 영향을 줄이고 수소 발생에 의한 표면 결함이 적어져서 궁극적으로 알루미늄 합금의 부식 저항 특성을 개선시킨다. 분극 곡선을 통해서 계산된 코팅된 알루미늄 합금과 코팅 되지 않은 알루미늄 합금의 분극 저항을 아래 표 4에 나타내었다. For all coated aluminum alloys, the current density is significantly reduced compared to the uncoated specimens. However, the oxidation / reduction potential of the YSZ coated AA7075 aluminum according to Example 7 is about -0.94 V (vs. SCE) after coating, and the 0.4 V is improved, whereas the corrosion potential of the AA1015 aluminum alloy according to Example 6 is YSZ coated. Did not improve through. However, looking at the behavior of the cathodic reaction resulting from the hydrogen generation reaction coated specimens at -2.0 V (vs. SCE) as compared to the uncoated samples of about 10 -3 to 10 show a low value of 4. This means that hydrogen generation on the surface of the aluminum alloy is greatly suppressed by the YSZ coating layer, and the reduction of the hydrogen evolution reaction reduces the effect of fracture which can be caused by the effect of hydrogen invading into the aluminum alloy and the surface defects caused by hydrogen generation. This results in ultimately improving the corrosion resistance properties of the aluminum alloy. The polarization resistances of the coated and uncoated aluminum alloys calculated through the polarization curve are shown in Table 4 below.

Figure 112010050767291-pat00004
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표 4에 보여지는 여러 변수 값들을 통해서 알루미늄 합금의 부식 반응은 표면의 YSZ 코팅층에 의해서 크게 감소했으며 특히, AA7075 알루미늄 합금의 경우 분극 저항은 약 6 MΩcm2 으로 매우 높은 값을 나타낸다. 이는 에어로졸 증착법에 형성된 YSZ 코팅층은 가혹한 부식 환경에서 알루미늄 합금의 부식 반응을 효과적으로 억제할 수 있다는 것을 의미한다. Through the various parameter values shown in Table 4, the corrosion reaction of aluminum alloy was greatly reduced by the surface YSZ coating layer. In particular, the polarization resistance of AA7075 aluminum alloy was very high, about 6 MΩcm 2 . This means that the YSZ coating layer formed in the aerosol deposition method can effectively suppress the corrosion reaction of the aluminum alloy in the harsh corrosive environment.

도 16은 해수 농도의 소금물에서 측정된 실시예 6 및 실시예 7에 따른 YSZ 코팅된 알루미늄 합금과 코팅되지 않은 알루미늄 합금(uncoated AA1050, AA7075)의 Nyquist 그래프이다. 임피던스 그래프를 보면 코팅된 AA7075 알루미늄 합금은 전형적인 CPE 거동을 나타내며 AA1050 알루미늄은 정전 용량의 특징을 보인다. 또한 코팅된 AA7075 시료는 코팅된 AA1050 시료보다 훨씬 더 큰 실 저항 및 가상 저항을 나타낸다. FIG. 16 is a Nyquist graph of YSZ coated aluminum alloys and uncoated aluminum alloys (uncoated AA1050, AA7075) according to Examples 6 and 7 measured in salt water at seawater concentration. In the impedance graph, the coated AA7075 aluminum alloy exhibits typical CPE behavior and AA1050 aluminum is characterized by capacitance. The coated AA7075 sample also exhibits much higher real and virtual resistance than the coated AA1050 sample.

< 실험예 5 - YSZ 코팅된 탄소강 >Experimental Example 5-YSZ Coated Carbon Steel>

XRDXRD 패턴 분석 Pattern analysis

도 17은 실시예 8과 실시예 9에 따른 YSZ 코팅된 탄소강 및 코팅되지 않은 실시예 8과 실시예 9에서 사용된 동일한 탄소강(uncoated 20C, uncoated 45C)의 X-선 회절분석(XRD:X-ray diffraction pattern) 그래프를 나타낸 것이다. 실시예 8 및 실시예 9의 코팅층은 cubic 결정 구조의 ZrO2 상으로 형성되어 있다. FIG. 17 shows X-ray diffraction analysis (XRD: X−) of YSZ coated carbon steels according to Examples 8 and 9 and the same carbon steels (uncoated 20C, uncoated 45C) used in Examples 8 and 9 uncoated. ray diffraction pattern) The coating layers of Examples 8 and 9 were formed of a ZrO 2 phase of cubic crystal structure.

부식저항성 특성Corrosion Resistance Characteristics

도 18은 3.5 wt%의 NaCl 용액 내에 침지된 실시예 8 및 실시예 9에 따른 코팅된 탄소강의 동전위 실험 결과 얻어진 분극곡선을 나타낸 것이다.FIG. 18 shows the polarization curves obtained from the coincidence experiments of the coated carbon steels according to Examples 8 and 9 immersed in 3.5 wt% NaCl solution.

모든 코팅된 탄소강에 대해서 코팅되지 않은 시편보다 부식 전류밀도가 감소한 것을 보인다. 특히, 실시예 9에 따른 YSZ 코팅된 45C 탄소강의 부식 전류 밀도는 1000 배 이상 감소했으며 이는 낮은 부식 속도를 의미한다. 그러나 부식 전위는 코팅 후 약 0.4 V 가 낮아졌으며 이는 탄소강 표면의 수소 발생이 45C 탄소강 표면의 치밀한 YSZ 코팅층에 의해 크게 억제된 것으로부터 비롯된 것이다. 실시예 8에 따른 YSZ 코팅된 20C 탄소강의 경우 코팅되지 않은 탄소강에 비해 부식 전위는 크게 변하지 않았으며 부식 전류 밀도 또한 약간 감소했다. For all coated carbon steels the corrosion current density is shown to be lower than for the uncoated specimens. In particular, the corrosion current density of the YSZ coated 45C carbon steel according to Example 9 was reduced by more than 1000 times, indicating a low corrosion rate. However, the corrosion potential was lowered by about 0.4 V after coating, which is due to the fact that hydrogen generation on the carbon steel surface was largely suppressed by the dense YSZ coating layer on the 45C carbon steel surface. In the case of the YSZ coated 20C carbon steel according to Example 8, the corrosion potential did not change significantly and the corrosion current density was also slightly reduced compared to the uncoated carbon steel.

도 19는 해수 농도의 소금물에서 측정된 실시예 8 및 실시예 9에 따른 YSZ 코팅된 알루미늄 합금과 코팅되지 않은 탄소강(uncoated 20C, uncoated 45C)의 Nyquist 그래프이다. YSZ 코팅 이후 탄소강의 부식 저항성은 크게 향상된 것을 알 수 있으며 실시예 9에 따른 YSZ 코팅된 45C 탄소강의 경우 10 MΩcm2 이상의 높은 임피던스 저항을 보이며 이러한 경향은 동전위 실험과 일치한다. 그러나 실시예 8에 다른 YSZ 코팅된 20C 탄소강의 임피던스 결과는 동전위 실험 결과와 크게 다른 현상을 나타내었다. YSZ 코팅 후 20C 탄소강의 임피던스 값은 크게 향상되었으며 이는 탄소강 표면에 치밀한 YSZ 필름의 형성으로부터 기인된 것이다. 19 is a Nyquist graph of YSZ coated aluminum alloys and uncoated carbon steels (uncoated 20C, uncoated 45C) according to Examples 8 and 9, measured in salt water at seawater concentration. It can be seen that the corrosion resistance of the carbon steel after the YSZ coating is greatly improved. The YSZ coated 45C carbon steel according to Example 9 shows a high impedance resistance of 10 MΩcm 2 or more, which is consistent with the coincidence experiment. However, the impedance results of the YSZ-coated 20C carbon steel, which is different from those of Example 8, showed a significantly different phenomenon from that of the coincidence experiment. The impedance value of 20C carbon steel after YSZ coating was greatly improved due to the formation of dense YSZ film on the carbon steel surface.

< 실험예 6 - YSZ 코팅된 스테인리스 스틸 >Experimental Example 6-YSZ Coated Stainless Steel

XRDXRD 패턴 분석, 표면 분석 Pattern analysis, surface analysis

도 20은 실시예 10에 따른 YSZ 코팅된 스테인리스 스틸 (YSZ coated SUS) 및 코팅되지 않은 실시예 10에서 사용된 동일한 스테인리스 스틸(uncoated SUS)의 X-선 회절분석(XRD:X-ray diffraction pattern) 그래프를 나타낸 것이다. 실시예 10의 코팅층은 cubic 결정 구조의 ZrO2 상으로 형성되어 있다. FIG. 20 shows X-ray diffraction pattern (XRD) of YSZ coated stainless steel according to Example 10 and the same uncoated SUS used in uncoated Example 10. The graph is shown. The coating layer of Example 10 is formed of a ZrO 2 phase having a cubic crystal structure.

도 21은 실시예 10에 따른 YSZ 코팅된 스테인리스 스틸의 표면 SEM 사진을 나타낸 것이다. 코팅층의 표면은 망상구조의 형태를 보이며 표면의 균열이나 구멍을 확인할 수 없는 치밀한 구조임을 알 수 있다. FIG. 21 shows a SEM image of the surface of YSZ coated stainless steel according to Example 10. The surface of the coating layer shows the shape of the network structure, it can be seen that the surface is a dense structure that can not identify cracks or holes.

부식저항성 특성Corrosion Resistance Characteristics

도 22는 3.5 wt%의 NaCl 용액 내에 침지된 실시예 10에 따른 코팅된 스테인리스 스틸의 동전위 실험 결과 얻어진 분극곡선을 나타낸 것이다.FIG. 22 shows the polarization curves obtained as a coincidence experiment of coated stainless steel according to Example 10 immersed in 3.5 wt% NaCl solution.

스테인리스 스틸 표면의 YSZ 코팅은 기판의 부식 전위를 높이고 부식 속도를 감소시키는 것을 알 수 있다. It can be seen that the YSZ coating on the stainless steel surface increases the corrosion potential of the substrate and reduces the corrosion rate.

도 23은 해수 농도의 소금물에서 측정된 실시예 10에 따른 YSZ 코팅된 스테인리스 스틸과 코팅되지 않은 실시예 10에서 사용된 동일한 스테인리스 스틸(uncoated SUS)의 Nyquist 그래프이다. 그래프의 형태는 비슷하지만 YSZ 코팅 이후 Nyquist plot의 반경은 크게 증가했으며 이는 코팅된 스테인리스 스틸의 높은 내식성을 의미한다.FIG. 23 is a Nyquist graph of YSZ coated stainless steel according to Example 10 and uncoated SUS used in uncoated Example 10, measured in brine at seawater concentration. Although the graphs are similar in shape, the radius of the Nyquist plot has increased significantly since YSZ coating, indicating the high corrosion resistance of the coated stainless steel.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described specific embodiments. That is, those skilled in the art to which the present invention pertains can make many changes and modifications to the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims, and all such appropriate changes and modifications are possible. Equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 삭제delete a) 마그네슘 또는 마그네슘 합금, 탄소강, 스테인리스 스틸 중 어느 하나인 금속 기판을 준비하는 단계;
b) 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 산화세륨(CeO2) 중 어느 하나인 세라믹 분말을 500 내지 700℃ 범위 내에서 1 내지 5시간 동안 열처리하는 단계; 및
c) 상기 금속 기판 표면에 상기 세라믹 분말을 에어로졸 증착법으로 증착하여 세라믹 코팅층을 형성하는 단계; 포함하되,
상기 에어로졸 증착법에 의한 노즐의 사이즈는 10~50㎜이고, 그 유량은 10~50L/min이며, 상기 노즐에 의한 분말의 분사 속도는 200~400m/s인 것을 특징으로 하는 금속의 부식 저항성 향상을 위한 세라믹 코팅층 제조방법.
a) preparing a metal substrate which is one of magnesium or magnesium alloy, carbon steel, stainless steel;
b) heat-treating the ceramic powder, which is any one of yttria stabilized zirconia (YSZ) and cerium oxide (CeO 2 ), within a range of 500 to 700 ° C. for 1 to 5 hours; And
c) depositing the ceramic powder on the surface of the metal substrate by an aerosol deposition method to form a ceramic coating layer; Including,
The size of the nozzle by the aerosol deposition method is 10 ~ 50mm, the flow rate is 10 ~ 50L / min, the injection speed of the powder by the nozzle is characterized in that the corrosion resistance of the metal is characterized in that 200 ~ 400m / s Ceramic coating layer manufacturing method for.
제 4 항에 있어서,
상기 c)단계에서의 에어로졸 증착은 1 내지 4㎜/s의 기판 이송 속도로 증착하는 것을 특징으로 하는 금속의 부식 저항성 향상을 위한 세라믹 코팅층 제조방법.
The method of claim 4, wherein
Aerosol deposition in step c) is a ceramic coating layer manufacturing method for improving the corrosion resistance of the metal, characterized in that the deposition at a substrate transfer rate of 1 to 4mm / s.
제 4 항에 있어서,
상기 c)단계에서의 에어로졸 증착은 2 내지 5회 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속의 부식 저항성 향상을 위한 세라믹 코팅층 제조방법.
The method of claim 4, wherein
Aerosol deposition in step c) is a ceramic coating layer for improving the corrosion resistance of the metal, characterized in that made 2 to 5 times.
제 4 항에 있어서,
상기 c)단계에서의 에어로졸 증착은 10 내지 30L/min의 유량으로 가스 공급이 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속의 부식 저항성 향상을 위한 세라믹 코팅층 제조방법.
The method of claim 4, wherein
Aerosol deposition in step c) is a ceramic coating layer for improving the corrosion resistance of the metal, characterized in that the gas is supplied at a flow rate of 10 to 30L / min.
제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 방법에 의해 제조된 금속의 세라믹 코팅층이 구비된 물품.
An article provided with a ceramic coating layer of a metal produced by the method of claim 4.
금속 기판의 표면에 세라믹 분말을 에어로졸 증착법에 의해 형성된 금속의 세라믹 코팅층 구조로서,
상기 금속기판은 마그네슘 또는 마그네슘 합금, 탄소강, 스테인리스 스틸 중 어느 하나로부터 선택되며,
상기 세라믹 분말은 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 산화세륨(CeO2) 중 어느 하나로부터 선택되며,
상기 세라믹 코팅층은 상기 분말들 중 어느 하나의 분말만으로 에어로졸 증착법에 의한 노즐의 사이즈는 10~50㎜이고, 그 유량은 10~50L/min이며, 상기 노즐에 의한 분말의 분사 속도는 200~400m/s인 특징으로 증착되어 단일상을 갖는 것을 특징으로 하는 금속의 세라믹 코팅층이 구비된 물품.
As a ceramic coating layer structure of metal formed by aerosol deposition of ceramic powder on the surface of a metal substrate,
The metal substrate is selected from any one of magnesium or magnesium alloy, carbon steel, stainless steel,
The ceramic powder is selected from yttria stabilized zirconia (YSZ), cerium oxide (CeO 2 ),
The ceramic coating layer is only one of the powders of the powder size of the nozzle by the aerosol deposition method is 10 ~ 50mm, the flow rate is 10 ~ 50L / min, the injection speed of the powder by the nozzle is 200 ~ 400m / an article with a ceramic coating layer of metal, characterized in that it is deposited and has a single phase.
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